【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字孪生领域，特别涉及一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法。
技术介绍
1、随着全球气候变化的影响，各种类型强风的发生频率及其灾害强度都有增加的趋势，沿海地区尤其严重，此外，中国的内陆强风也常有发生，包括冷空气大风和雷暴大风，树木受到大风作用可能发生茎断裂和根倒伏，造成经济损失；hwind、gales和foreole是三种最广泛使用的用于模拟树木风害的机械模型，针对部分树种和土壤类型进行比较gales和hwind的结果，发现模型的预测非常一致，当这些模型与foreole进行比较时，也发现了合理的一致性。这三种力学模型中gales模型所需的树木参数最少，容易在不同地区应用；树木砍伐会改变林分结构和风速分布，增加了剩余树木的风暴露面积，提高它们承受的风负荷，从而影响树木的临界风速和风害风险，但gales模型没有考虑树木砍伐后对临界风速计算的影响。
2、数字孪生是一个计算机生成的物理世界的等价物，可以模拟物理对象、物理状态和过程。尽管数字孪生在航空、机械制造和机器人领域有广泛应用，但在地理信息、森林生态学和自然灾害对森林生态系统的影响方面的应用还不多。
3、针对以上问题，本专利技术提出一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。
2、为此本专利技术提出一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，该方法解决了树木砍伐后的临界风速计算的问题，并通过可视化平台、建模软件和计算机语
3、本专利技术采用以下技术方案：
4、一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，该方法包括以下步骤：
5、步骤1，通过结合遥感数据、树木测量数据和3d建模技术，利用richards生长方程作为基础，结合可视化平台工具和计算机语言，创建出能够实时更新和用户交互的三维可生长树木模型；
6、步骤2，通过交互设备对树木模型进行砍伐模拟；
7、步骤3，gales模型是一个预测树木茎断裂和根倒伏的经验模型，tmc方法是gales模型中的一个新方法，树木砍伐后的临界风速会改变，在tmc方法中加入砍伐后的调整参数tmc-ratio，将砍伐后的临界风速换算为10米高度的风速，然后通过计算机语言将计算公式导入到可视化平台对应的树木中；
8、步骤4，在每棵树木模型10米高度安装虚拟风速传感器，并将不同的风速模型导入到可视化平台中；
9、步骤5，将发生风害的树木模型及其风速模型记录并建立数据库；
10、步骤6，结合气象预报，预测砍伐后会发生风害的树木。
11、进一步地，步骤1中所述的richards生长方程如下：
12、y＝a(1-e-bt)c……(1)
13、y为胸径或树高，dbh是胸径，即树干在1.3米高度处的直径，h是树高，t为年龄，e为自然对数，a、b、c为待定参数，通过拟合实际生长数据到richards生长模型并使用统计软件进行非线性回归分析得到。
14、进一步地，步骤3中所述gales模型中的tmc方法中，树木茎断裂和根倒伏的临界风速计算公式分别是：
15、
16、
17、bmcritover＝creg·sw……(6)
18、mor是断裂模量，d0是树木根部的直径，cbal是竞争指数，ba是林分的基部面积，b是森林中所有树木的胸高断面积之和，s是森林面积之和，edgegap是一个因子，用于在计算树木受到的风载时考虑树木相对于迎风边缘的位置，fknot表示由于树结导致的树木强度减弱，取经验值0.8-1，fcw表示由于悬伸树冠导致的额外弯矩，取经验值1.136，d是树间距，h是平均树高，x是距离林分边缘的距离，gap是迎风缺口的大小，bmcritover是树木翻倒时的最大根部弯矩，creg是回归系数，sw是树干重量。
19、进一步地，步骤3中所述加入砍伐后的调整参数tmc-ratio，结合公式(2)、(3)，树木茎断裂和根倒伏的临界风速计算公式分别是：
20、
21、tmc_ratio＝0.99×spacing_ratio……(9)
22、tmc-ratio是调整风负荷的参数，spacing-ratio是砍伐前后树木平均间距的比率。
23、进一步地，步骤4中所述将砍伐后的临界风速换算为10米高度处的风速的计算公式为：
24、
25、utmc是ubreak_tmc_ratio或uover_tmc_ratio，z0为零平面位移高度，是风速剖面从粗糙表面到平滑表面的过渡区域的高度，d是树木的位移高度，指树木基部到冠层顶部的垂直距离。
26、进一步地，步骤5中所述的发生风害的树木计算公式是：
27、u10＞utmc_10……(11)
28、u10是树木10米高度处传感器测量的风速。
29、进一步地，步骤6中所述的预测砍伐后会发生风害的树木，通过网络获得气象预报，与数据库中的风速模型进行比较。
30、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
31、本专利技术在gales模型中加入了砍伐后的参数，考虑了砍伐对树木临界风速的影响，提高了临界风速计算的准确性；
32、本专利技术将数字孪生应用于森林风害预测，通过建立数据库记录发生风害的树木及风速模型，林业工作人员可以结合气象预报来预测砍伐后会发生风害的树木，及时的去处理会发生风害的树木，降低危害；还可以给伐木工人伐木提供参考。
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1.一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，步骤1中所述的Richards生长方程如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，步骤3中所述GALES模型中的TMC方法中，树木茎断裂和根倒伏的临界风速计算公式分别是：
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，步骤3中所述加入砍伐后的调整参数TMC_Ratio，结合公式(2)、(3)，树木茎断裂和根倒伏的临界风速计算公式分别是：
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，步骤4中所述将砍伐后的临界风速换算为10米高度处的风速的计算公式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，步骤5中所述的发生风害的树木计算公式是：
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，步骤1中所述的richards生长方程如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，步骤3中所述gales模型中的tmc方法中，树木茎断裂和根倒伏的临界风速计算公式分别是：
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的森林砍伐后的风害预测方法，其特征在于，步骤3中所述加入砍伐后的调整参数tmc_ratio，结合...
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